DE610276C - Turbine fuer elastische Druckmittel mit durch einen auf die Geschwindigkeit ansprechenden Regler gesteuerten Drosselventilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Turbinen für elastische Druckmittel, und ihr Zweck besteht in der Verbesserung der Regelung solcher Turbinen.

Wenn Turbinen dieser Art innerhalb eines großen Verbrauchsbereichs von Druckmittelmengen wirksam sein sollen, ergeben sich Schwierigkeiten bei ihrer Regelung·. Z. B. Dampfturbinen für Schiffsantriebe sollen innerhalb ihres Wirkungsbereiches mit irgendeiner Geschwindigkeit ständig umlaufen; bei kleinen Geschwindigkeiten ist aber die zum Antrieb der Turbine erforderliche Dampfmenge klein; in ähnlicher Weise soll irgendeine Turbine innerhalb weiter Belastungsgrenzen wirksam sein, und selbstverständlich ist dann bei geringen Belastungen die erforderliche Dampfmenge gering. Die Schwierigkeiten bei der Sicherung einer genauen Regelung bei geringen Dampfmengen werden bei höheren Dampfdrucken immer größer.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, und um eine genügend genaue Regelung der Geschwindigkeit auch bei geringen Druckmittelmengen zu erhalten, wird gemäß der Erfindung, wenn die Turbine mit geringen, Druckmittehnengen arbeitet, das Druckmittel durch mindestens zwei Ventile nacheinander gedrosselt, bevor es in die Turbine eintritt.

Die Drosselventile können dabei so angeordnet sein, daß sie durch, einen auf die Geschwindigkeit ansprechenden Regler irgendwelcher Art gesteuert werden, und zwei oder mehr dieser Ventile können so leingerichtet sein, daß sie sich gleichzeitig, aber verschieden weit öffnen, so daß das eine seine volle Öffnung vor dem anderen Ventil erreicht, oder daß 'eine verschieden starke Drosselung des Arbeitsmittels in anderer Weise erreicht wird, wobei es beim nacheinanderfolgenden Durchströmen zweier solcher Ventile zum mindesten zwei aufeinanderfolgenden Drosselungen unterworfen wird, lh der Regel werden zwiei nacheinander zur Wirkung gelangende Drosselventile genügen, es können aber selbstverständlich erforderlichienfalls mehr als zwei solcher Ventile für eine Turbine Ainwendung finden.

Die Drosselventile können in zweckdienlicher Weise durch Relais einrichtungen gesteuert werden, und bei einer solchen Anordnung ist es leicht, zu erreichen, daß die Öffnungsverhältnisse der beiden Ventile verschieden sind. Diese Anordnung ist in den Fällen geeignet, wo eine Mehrzahl von Vera,-tilen vorhanden ist, die bei zunehmiender Belastung in der bisher zur Sicherung der Wirtschaftlichkeit üblichen Weise nacheinander geöffnet werden. Zu der Zeit, wo sich die den höhenen Belastungen 'entsprechenden

Ventile öffnen, sind die Ventile, durch welche der Dampf nacheinander bei den niedrigeren Geschwindigkeiten geleitet wurde, vollständig geöffnet, so daß, sie "auf den durch sie fließenden Dampf keine Drosselwirkung ausüben, und der Dampf für die den höheren Belastungen !entsprechenden Ventile kann durch eines dieser ganz geöffneten Ventile geleitet werden, wenn dies für zweckdienlich ίο erachtet wind.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht, und zwar zeigt

Abb. ι eine Anordnung des Reglers und der Ventile für eine doppelte Drosselung des Dampfes bei geringen Belastungen, während Abb. 2 Kurven darstellt, welche die Beziehung zwischen der Reglerstellung und den entsprechenden Öffnungen der Ventile veranschaulichen.

Wie die Abb. 1 zeigt, ist der Dampf kasten 1 mit einem Dampfeinlaß 2 versehen, welcher zu dem mit den Sitzen 4 ausgestatteten, Doppelsitzventil 3 führt. Die Sitze 4 und die Sitzflächen 5 und 6 des Ventils 3, die mit den Sitzen in Berührung kommen, sind von bekannter Gestaltung, um eine richtige Regelung des das Ventil durchströmenden Dampfes zu sichern. Nachdem der Dampf das Ventil 3 durchströmt hat, gelangt er in die Dampfkammer 7 des Dampfkastens 1, von wo er durch das Ventil 8 oder 9, wenn diese geöffnet sind, nach den Dampfauslässen. 10 und 11 fließt, die mit der ersten und zweiten Düaengruppe, der nicht dargestellten Turbine verbunden sind.

Um die Ventile 3, 8 und 9 zu steuern, sind sie auf Spindeln 12, 13 und. 14 angeordnet, die an ihren oberen Enden Kolben 15, 16 'und 17 tragen. Diese Kolben arbeiten in Relaiszylindern 18,19 und 20, wobei sich gegen diese Kolben legende Federn 21,22 und 23 die Kolben nach unten zu drücken streben, so daß die Ventile auf ihren Sitzen· gehalten ♦5 werden. Ein gewöhnlicher Fliehkraftregler 24, welcher aus >einer Feder 25 und den Schwunggewichten 26 besteht, wird von der Welle der nicht dargestellten Turbine aus mittels der Schnecke 27 und des Schneckenrades 28 angetrieben und regelt die Tätigkeit der Ventile 3, 8 und 9 vermittels der Relaiseinrichtungen in folgender Weise:

Die Reglerspindel 29, welche durch die Schwunggewichte 26 in ihrer Längsrichtung hin und her bewegt wird, ist bei 30 mit dem einen Ende eines Winkelhebiels 31 verbunden, welcher an dem Arm 32 drehbar angeordnet ist, während das andere Ende des Winkelhebels 31 durch einen Lenker 33 mit einem Punkte des Schwebehebels 34 in Verbindung steht, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.

Das eine Ende des Schwebehiebeis 34 ist an der Ventilspindel 13 drehbar angelenkt, während das andere Ende mit der Spindel 36 des Steuerventils 37 der Relaiseinrichtung drehbar verbunden ist. Das Ventil 3 7 bewegt sich in einem. Zylinder 38, welcher mit einem Einlaß 39, dem unter Druck befindliches Öl zugeführt wird (obwohl auch gewünschtenfalls andere Druckmittel zur Anwendung kommen können), und einem Auslaß. 40 versehen ist, der durch den Kanal 41 mit der Unterseite des Kolbens 15 in Verbindung steht. Das obere Ende des Zylinders 38 ist " offen, wie in der Zeichnung gezieigt, und steht mit der Kammer 42 und dem ölabflufi 43 in ,Verbindung.

Mit dem oberen Ende der Spindel 13 ist der Lenker 44 drehbar verbunden, welcher mit einem Arm des Winfcelhebels 45 in Verbindung steht, dessen anderer Arm mittels der Lenker 46 'und 47, mit den Winkelheheln 48 und 49 verbunden ist, wobei die Winkelhfebel45, 48 '^un(i 49 ^auf Spindeln 50, 51 und 52 angeordnet sind, welche von den Zylinderkappen 53, 54 'und 55 getragen werden.

Der Winkelhebel 48 ist durch einen Lenker 56 mit dem Steuerventil 57 für den Relaiszylinder 19 verbunden, wobei das Ventil 57 in einer Hülse 58 arbeitet, die sich an dem oberen Ende der Spindel 14 befindet und den Kolben 16 trägt. Diese Hülse 58 ist mit einem Einlaß 59 und Austrittsöfihuingen 60 versehen, durch welche Drucköl durch den Einlaß 61 und aus der Kammer 62 -Tiach der Unterseite des Kolbens 16 gelangen kann. Das obere Ende der Hülse 58 öffnet sich in den oberen Teil des Zylinders 19, der mit dem Ölabfluß. 63 in Verbindung steht.

In gleicher Weise ist der Winkelhebel 49 ioo durch einen Lenker 64 mit dem Steuerventil 65 für den Relaiszylinder 20 verbunden, wobei das Ventil 65 in einer Hülse 66 arbeitet, die an dem oberen Ende der Spindel 12 angeordnet ist 'und den Kolben 17 trägt. Diese Hülse ist mit einem Einlaßt 67 und Austrittsöffnungen 68 versehen, durch welche zur Steuerung der Relaiseinrichtung Drucköl durch den Einlaß 69 und aus der Kammer nach der Unterseite des Kolbens 17 ge- no langen kann. Das obere Ende der Hülse 66 öffnet sich in den oberen Teil des Zylinders 20, der mit dem Ölabfluß 71 in Verbindung steht.

Die Regelvorrichtung ist in Abb. 1 der Zeichnung in derjenigen Stellung gezeigt, welche sie einnimmt, wenn alle Ventile geschlossen und zum Öffnen bereit sind. Die Wirkungsweise ist folgende: Es sei angenommen, daß die Turbine käme Belastung mit der Geschwindigkeit umläuft, für welche der Regler eingestellt ist, und daß dann eine Be-

lastung vorgenommen wird, wodurch die Geschwindigkeit der Turbine etwas vermindert wird. Die Schwunggewichte 26 werden sich dann 'einander etwas nähern, so daß die Spindel 29 nach rechts bewegt wird und den Winkelhebel 31 bewegt, um den Lenker 33 anzuheben. Das Steuerventil 37 wird dementsprechend angehoben, so daß sein Kopf 37« die Öffnung 40 freigibt und Drucköl

to durch die Öffnungen 39 und 40 und den Kanal 41 nach dem Relaiszylinder 18 fließen kann, wodurch der Kolben 1S entsprechend gehoben wird. Wenn der Kolben 15 und die Ventilspindel 13 steigen, heben sie das rechtsseitige Ende des Lenkers 34,. der sich um das obere Ende des Lenkers 33 dreht, so daß das linksseitige Ende des Lenkers 34 sich zu senken gezwungen wird, wodurch das Steuerventil 37 nach unten bewegt wird, bis sein Kopf 37« die Öffnung 40 schließt und auf diese Weise die Ölzufuhr zu dem Zylinder 18 sperrt. Diese Ausbildung des von einem Schwebehebel geregelten Steuerventils ist selbstverständlich an aind für sich bekannt und bewirkt eine zwangsmäßige Aufwärtsbewegung, durch welche die Stellung des Kolbens 15m dem Zylinder 18 genau in Abhängigkeit von der Stellung der Reglerschwunggewichte geregelt werden kann.

Zur gleichen Zeit, wo das Ansteigen des Kolbens 18 das Schließen des Steuerventils 37 bewirkt, wird auch der Lenker 44 angehoben, so daß die Winkelhebel 45, 48 und 49 in -einer der Uhrzeigerbewegung entgegengesetzten Richtung gedreht werden und das Anheben der Steuerventile 57 und 65 hervorrufen. Aus der Abb. 1 ist zu ersehen, daß das Ventil 57 um ein beträchtliches Stück angehoben werden muß, bevor es die Verbindung zwischen den öffnungen 60 und dem Öleinlaß 61 herstellt, aber das Steuerventil 65 beginnt die Öffnungen 68 sofort bei seinem Ansteigen freizugeben, so daß der Kolben 17 gleichzeitig mit dem Kolben 15 ansteigt, wobei er so lange ansteigt, bis seine Bewegung die Öffnungen 68 wieder schließt.

Wenn die Geschwindigkeit der Turbine wächst, bewegen sich die Schwunggewichte 26 nach außen, und das Steuerventil 37 wird gesenkt, wodurch eine Verbindung zwischen der Öffnung 40 und der Kammer 42 hergestellt wird, so daß das unter dem Kolben 15 befindliche Drucköl nach dem Abfluß 43 fließen kann und der Kolben 15 sich unter der Wirkung der Feder 21 entsprechend senkt, wodurch das Ventil 8 eine Schließbewegung ausführt. Wenn der Kolben 15 sinkt, bewegt er auch die Ventile 57 und 65 abwärts, so daß eine Verbindung zwischen den Öffnungen 68 und dem Ölauslaß 71 hergestellt wird, wodurch der Kolben 17 sich senkt, und der Kolben 16 und Ventil 9 führen dieselbe Bewegung aus, wenn das Ventil, von seinem Sitze abgehoben gewesen ist.

Die Ventile 3 und 8 heben und senken sich zusammen in Abhängigkeit von der Belastung der Turbine, und wenn die Ventile nur um ein geringes Stück von ihren Sitzen abgehoben sind, wird der durch den Einlaß 2 nach dem Auslaß 10 fließende Dampf zweimal gedrosseit, wodurch eine rasche Regelung der geringen Dampfmengen erreicht wird, welche durch die schwach geöffneten VentiLe strömen. Wenn die Ventile 3 und 8 weiter und weiter von ihren Sitzien abgehoben werden, nimmt die durch sie strömende Dampfmenge zu, bis sie 'einen solchen Betrag erreicht, welcher sich durch ein einziges Drosselventil sicher regeln läßt, weil dann eine doppelte Drosselung nicht länger erforderlich ist. Um dies zu ^ermöglichen, ist der Arm 49* des Winkelhebels 49 langer als der Arm 45^ des Winkelhebels 45 bemessen, so daß das Steuerventil 65 (und demzufolge der Kolben 17) schneller als der Kolben 1S steigt. Das durch diese Anordnung erzielte Ergebnis ist in Abb. 2 der Zeichnung veranschaulicht, in welcher die Linien »Ventil 3«, »Ventil 8« und »Ventil 9« das Verhältnis der Gesamtquerschiüttsfläche andeuten, .welche jedes der Ventile für den Dampfdurchgang bei verschiedenen Stellungen der Spindel 29 besitzt (der Betrag, um welchen die Spindel 29 sich aus der Stellung bewegt hat, welche sie einnimmt, wenn alle Ventile geschlossen sind, ist in Abb. 2 als »Reglerhub« bezeichnet). Aus dieser Abbildung ist zu erkennen, daß, da das Ventil 3 sich schneller von seinem Sitz abhebt als das Ventil 8, wenn die Spindel 29 sich aus ihrer Schlußstellung bewegt, es seine volle Offenstellung erreicht, bevor dies bei dem Ventil 8 der Fall ist, und die verschiedenen Hubwerte sind so bemessen, daß das Ventil 3 seine volle Offenstellung (die in Abb. 2 durch den Punkt α angedeutet ist) zu einer Zeit erreicht, wo die durch die Ventile strömende Dampfmenge groß genug ist, um von dem Ventil 8 allein genau geregelt werden zu können. (Es ist verständlich, daß unter voller Offenetellung diejenige Stellung gemeint ist, in welcher ein weiteres Anheben des Ventils keine wesentliche Vergrößerung des Dampfdurchflusses bewirkt.)

Nachdem das Ventil 3 seine volle Offenstellung erreicht hat, wird eine weitere Vergrößerung der Belastung der Turbine das Ventil 8 veranlassen, sich weiter und weiter von seinem Sitz abzuheben, bis es ebenfalls seine volle Ofienstellung !erreicht, die in Abb. 2 durch den Punkt b bezeichnet ist. Wenn das Ventil 8 steigt, so· steigen mit ihm auch die Steuerventile 57 und 65 (wodurch

auch der Kolben 17 zu steigen gezwungen ist, obwohl, wie bereits erwähnt, dies keine merkbare Wirkung' auf den DampfduirchfLuß durch, das Ventil 3 hat), bis schließlich der Kopf 57« des Ventils $7 genau die öffnungen 60 schließt. Der Hüb des Ventils 57 ist derart bemessen, daß sein Kopf 57« die Öffnungen 60 gerade in dem Augenblick schließt, wo das Ventil 8 die volle Offenstellung 'erreicht. Eine weitere Belastung der Turbine und der daraus sich ergebende zusätzliche Hub der Spindel 29 nach rechts zwingt das Ventil 57, die Öffnungen 60 freizugeben und dadurch Drucköl von dem Einlaß 61 durch die Kammer62, Kanäle 59, Hülse 58 und Öffnungen 60 nach der Unterseite des Kolbens 16 gelangen zu lassen, wodurch der letztere angehoben wird und mit ihm das Ventil 9, um Dampf'von dem Einlaß 2 und durch die Ventile 3 und 9 nach dem Auslaß 11 und von da ' nach den Überlastunigsdüsen der Turbine zu leiten.

Wenn sich die Belastung der Turbine verringert, vollziehen sich die Vorgänge in der umgekehrten Reihenfolge, indem sich zuerst das Ventil 9 schließt, dann Ventil 8 'und schließlich Ventil 3, so· daß, wenn wieder geringe Dampfmengen nach der Turbine fließen, der Dampf nacheinander durch die Ventile 3 und 8 gedrosselt wird.

Es ist einleuchtend, daß das Öffnen der Ventile 3 und 8 in der Weise bewirkt werden kann, daß der volle Öffnungsquerschnitt beider Ventile im wesentlichen gleichzeitig erreicht wird, so daß die über den Drosselbereich des Ventils 8 hinausgehende Drosaelwirkung von den beiden Ventilen ausgeübt wird. Diese Anordnung weist keinerlei Nachteile und Vorteile auf. Die doppelte Drosaelwirkung, ist nur dann von praktischer Bedeutung, wenn die Mengen des Arbeitsmittels so gering sind, daß eine einfache Drosselung eine genügend genaue Regelung nicht zu gewährleisten vermag.

. Das Ventil 3 kann gleichzeitig als Absperrventil benutzt werden, indem es mit einer Schraubvorridhtung ausgerüstet wird. Dieses Ventil oder selbst alle anderen Ventile können so angeordnet sein, daß sie durch die Tätigkeit leines bei Übergeschwindigkeiten wirksam werdenden Notreglers geschlossen werden.

Es können auch mehr als ein Üherlastungsventil 9 zur Anwendung kommen, und dieses Ventil 9 kann ebenso wie irgendwelche anderen Überlasitungsventile unmittelbar von der Hauptdampfleitung Dampf erhalten, anstatt Dampf, welcher bereits durch 'ein Drosselventil, wie 3, geleitet worden ist.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Turbine für elastische Druckmittel, die über 'einen weiten Bereich von Druckmittelmengen wirksam und mit einer Mehrzahl von Ventilen versehen ist, durch welche das Druckmittel der Turbine zugeleitet wird und die von einem auf die Geschwindigkeit ansprechenden Regler gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Turbine mit geringen Druckmittelmengen arbeitet, das Druckmittel durch mindestens zwei Ventile nacheinander gedrosselt wird, bevor es in die Turbine eintritt, wodurch der Zufluß von Druckmittel zur Turbine übier den· ganzen Mengenbereich genau geregelt wird.
2. 2. Turbine nach Anspruch 1, bei welcher das Druckmittel "vor seinem Eintritt in die Turbinenschaufelgruppien nacheinander durch eine Reihe von Ventilen geleitet wird, dadurch' gekennzeichnet, daß die Antriehsvorrichtungen für diese Ventile gleichzeitig, .aber in verschiedenem Maße durch den Regler beeinflußt werden, wodurch die früher durchströmten Ventile, der Reihe sich schneller öffnen 'und schließen als die später durchströmten Ventile.

   Hierzu I Blatt Zeichnungen